Synthèse de la triphénylphosphine liée au polystyrène non réticulé et son utilisation lors de la réaction de Mitsunobu. Cyclopropanation catalytique énantiosélective d'alcènes utilisant le diazométhane

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Synthèse diastéréosélective et énantiosélective de dérivés cyclopropaniques 1,2,3-substitués à l’aide de carbénoïdes gem-dizinciques

Les dérivés cyclopropaniques 1,2,3-substitutés sont des composés intéressants dans de nombreux domaines de la chimie. Au cours de cet ouvrage, nous nous sommes intéressés à la synthèse, tout d’abord diastéréosélective puis énantiosélective de ces composés. Nous nous sommes en particulier intéressés à l’utilisation de la zinciocyclopropanation pour l’obtention de ces dérivés cyclopropaniques 1,2,3-substitutés. Cette méthode consiste en l’utilisation d’un carbénoïde gem-dizincique pour effectuer une réaction de type Simmons-Smith. Cette stratégie a l’avantage d’être diastéréosélective favorisant la formation du zinciocyclopropane dont l’atome de zinc est dans une configuration cis avec le groupement directeur qu’est l’oxygène allylique basique. Lors de cette réaction, l’existence d’une réaction compétitive avec un réactif monozincique diminuait l’utilité de la zinciocyclopropanation. L’issue de la réaction s’est avérée dépendre fortement de la nature du carbénoïde utilisé, de la température réactionnelle et de la présence de ZnI2 dans le milieu. L’étude par GCMS de nombreuses conditions pour la formation des différents carbénoïdes a permis d’identifier les paramètres clés conduisant à la zinciocyclopropanation. Ces découvertes ont notamment permis d’étendre la réaction de zinciocyclopropanation aux alcools allyliques portant un seul groupement directeur (ie. non dérivé du 1,4-buténediol). Dans ces conditions, la réaction s’est avérée extrêmement diastéréosélective favorisant la formation du zinciocyclopropane dont l’atome de zinc est dans une configuration cis avec le groupement directeur. Afin de fonctionnaliser les zinciocyclopropanes ainsi obtenus, plusieurs réactions de fonctionnalisation in situ ont été développées. Chacune de ces méthodes a montré une conservation totale de la diastéréosélectivité obtenue lors de la réaction de zinciocyclopropanation. La versatilité de la zinciocyclopropanation a donc été démontrée. Avec une méthode diastéréosélective efficace pour la formation de zinciocyclopropanes à partir d’alcools allyliques ne portant qu’un seul groupement directeur, il est devenu possible d’envisager le développement énantiosélectif de la réaction. L’utilisation d’un dioxaborolane énantiopur a permis la zinciocyclopropanation avec de très bons excès énantiomères de divers alcools allyliques chiraux. La présence sur la même molécule d’un lien C–Zn nucléophile est d’un atome de bore électrophile a conduit à un échange bore-zinc in situ, formant un cyclopropylborinate énantioenrichi. La formation de ce composé bicyclique a permis d’obtenir une diastéréosélectivité parfaite. De nombreux alcools allyliques ont pu ainsi être convertis en cyclopropylborinates. Une réaction de Suzuki subséquente a permis la formation de dérivés cyclopropaniques 1,2,3-trisubstitués avec de très bons excès énantiomères et une excellente diastéréosélectivité. Les cyclopropylborinates obtenus à l’issue de la zinciocyclopropanation énantiosélective se sont avérés être des unités très versatiles puisque de nombreuses méthodes ont pu être développés pour leur fonctionnalisation.

Synthèse formelle de l’hormaomycine et de la bélactosine A par utilisation d’une réaction de cyclopropanation intramoléculaire catalysée par un complexe de rhodium (II)

Ce mémoire présente trois approches différentes vers la synthèse du 3–(trans–2–nitrocyclopropyl)alanine, un intermédiaire synthétique de la hormaomycine. Cette molécule naturelle démontre d’intéressantes activités biologiques et pharmacologiques. Il est intéressant de souligner que ce dérivé donne facilement accès au 3–(trans–2–aminocyclopropyl)alanine, unité centrale de la bélactosine A. Ce composé naturel possédant lui aussi d’intéressantes propriétés biologiques, plusieurs études relationnelles structures-activités menant à des dérivés plus actifs de cette molécule ont été entreprises, démontrant l’intérêt toujours présent de synthétiser de façon efficace et optimale ces dérivés cyclopropaniques. Une méthodologie développée au sein de notre groupe de recherche et basée sur une réaction de cyclopropanation intramoléculaire diastéréosélective sera mise à profit afin d’élaborer une nouvelle voie de synthèse aussi élégante qu’efficace à la construction du 3–(trans–2–nitrocyclopropyl) alanine. En utilisant un carbène de rhodium généré soit par la dégradation d’un dérivé diazoïque, soit par la formation d’un réactif de type ylure d’iodonium, une réaction de cyclopropanation diastéréosélective permettra la formation de deux autres centres contigus et ce, sans même utiliser d’auxiliaire ou de catalyseur énantioenrichis. Ensuite, un réarrangement intramoléculaire précédant deux réactions synchronisées d’ouverture de cycle et de décarboxylation permettront l’obtention du composé d’intérêt avec un rendement global convenable et en relativement peu d’étapes. De cette manière, la synthèse formelle de la bélactosine A et de l’hormaomycine a été effectuée. Cette synthèse se démarque des autres par l’utilisation d’une seule transformation catalytique énantiosélective.

Catalytic cyclopropanation of olefins using copper(I) diphosphinoamines

Catalytic cyclopropanation reactions of olefins with ethyl diazoacetate were carried out using copper(I) diphosphinoamine (PPh2)(2)N(R) (R = Pr-i, H, Ph and -CH2-C6H4-CH=CH2) complexes at 40 degrees C in chloroform. High yields of the cyclopropanes were obtained in all cases. The rate of the reaction was influenced by the nuclearity of the complex and the binding mode of the ligand which was either bridging or chelating. Comparison of isostructural complexes shows that the rate follows the order R = Pr-i > H > Ph, where R is the substituent on the N. However, cyclopropane formation versus dimerization of the carbene, and trans to cis ratios of cyclopropane was similar in all cases. The nearly identical selectivity for different products formed was indicative of a common catalytic intermediate. A labile "copper-olefin" complex which does not involve the phosphine or the counterion is the most likely candidate. The differences in the reaction rates for different complexes are attributed to differences in the concentration of the catalytically active species which are in equilibrium with the catalytically inactive copper-phosphinoamine complex. To test the hypothesis a diphosphinoamine polymer complexed to copper(I) was used as a heterogeneous catalyst. Leaching of copper(I) and deactivation of the catalyst confirmed the proposed mechanism. (C) 2008 Elsevier B. V. All rights reserved.

Olefin cyclopropanation and carbon-hydrogen amination via carbene and nitrene transfers catalyzed by engineered cytochrome P450 enzymes

Synthetic biology promises to transform organic synthesis by enabling artificial catalysis in living cells. I start by reviewing the state of the art in this young field and recognizing that new approaches are required for designing enzymes that catalyze nonnatural reactions, in order to expand the scope of biocatalytic transformations. Carbene and nitrene transfers to C=C and C-H bonds are reactions of tremendous synthetic utility that lack biological counterparts. I show that various heme proteins, including cytochrome P450BM3, will catalyze promiscuous levels of olefin cyclopropanation when provided with the appropriate synthetic reagents (e.g., diazoesters and styrene). Only a few amino acid substitutions are required to install synthetically useful levels of stereoselective cyclopropanation activity in P450BM3. Understanding that the ferrous-heme is the active species for catalysis and that the artificial reagents are unable to induce a spin-shift-dependent increase in the redox potential of the ferric P450, I design a high-potential serine-heme ligated P450 (P411) that can efficiently catalyze cyclopropanation using NAD(P)H. Intact E. coli whole-cells expressing P411 are highly efficient asymmetric catalysts for olefin cyclopropanation. I also show that engineered P450s can catalyze intramolecular amination of benzylic C-H bonds from arylsulfonyl azides. Finally, I review other examples of where synthetic reagents have been used to drive the evolution of novel enzymatic activity in the environment and in the laboratory. I invoke preadaptation to explain these observations and propose that other man-invented reactions may also be transferrable to natural enzymes by using a mechanism-based approach for choosing the enzymes and the reagents. Overall, this work shows that existing enzymes can be readily adapted for catalysis of synthetically important reactions not previously observed in nature.

Cyclopropanation on a highly active heterogeneous catalyst: CuO/TiO2-Al2O3

Some heterogeneous catalysts, cupric oxide supported on different supports, were prepared and employed to catalyze the cyclopropanation of styrene and 2,5-dimethyl-2,4-hexadiene with ethyl diazoacetate (EDA). The catalytic performance for cyclopropanation strongly depends on the nature of the support. A novel catalyst, CUO/TiO2-Al2O3, in which Al2O3 is modified with a monolayer TiO2, is found to be most active and selective for the cyclopropanation reaction. The yields of 93 and 94% cyclopropanes are obtained for styrene and 2,5-dimethyl-2,4-hexadiene at 40 degreesC as the substrates, respectively. The activity and selectivity in cyclopropanes are optimized with a monolayer dispersion of cupric oxide on the corresponding supports. (C) 2002 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Asymmetric cyclopropanation of styrene catalyzed by Cu-(chiral Schiff-base) complexes

Asymmetric cyclopropanation of olefins was carried out with chiral copper-Schiff base complexes derived from copper acetate monohydrate, substituted salicylaldehydes and a chiral amino alcohol. Substituents on salicylaldehyde framework demonstrate a significant effect on the steroselectivities. Those with electron-withdrawing properties enhance the selectivities, whereas bulky sustituents in ortho position to the phenol hydroxy group decrease the selectivities. An ee of more than 98% was achieved for the reaction of styrene with diazoacetate. (C) 2000 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

Highly efficient and enantioselective cyclopropanation of styrene with diazoacetates using a new copper-(Schiff-base) catalyst

A new copper-(Schiff-base) complex, derived from (S)-2-amino-1,1-di(3,5-di-t-butylphenyl)propanol, 2-hydroxy-5-nitrobenzaldehyde and copper acetate monohydrate, was used as an efficient catalyst for the cyclopropanation of styrene with diazoacetates, affording ees of up to 98%. (C) 2000 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.